开关电源该如何选择合适的电感? – 开关电源,电感,选型


电感器(Inductor)是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。电感器的结构类似于变压器,但只有一个绕组。电感器具有一定的电感,它只阻碍电流的变化。如果电感器在没有电流通过的状态下,电路接通时它将试图阻碍电流流过它;如果电感器在有电流通过的状态下,电路断开时它将试图维持电流不变。电感器又称扼流器、电抗器、动态电抗器。

 

第一部分:先说说什么是电感

 

电感器(Inductor)是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。电感器的结构类似于变压器,但只有一个绕组。电感器具有一定的电感,它只阻碍电流的变化。如果电感器在没有电流通过的状态下,电路接通时它将试图阻碍电流流过它;如果电感器在有电流通过的状态下,电路断开时它将试图维持电流不变。电感器又称扼流器、电抗器、动态电抗器。

 

简单的说:通直流,阻碍交流。

 

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第二部分 实际电感特性

 

电感是开关电源中常用的元件,由于它的电流、电压相位不同,所以理论上损耗为零。电感常为储能元件,也常与电容一起用在输入滤波和输出滤波电路上, 用来平滑电流。电感也被称为扼流圈,特点是流过其上的电流有“很大的惯性”。换句话说,由于磁通连续特性,电感上的电流必须是连续的,否则将会产生很大的电压尖峰。

 

电感为磁性元件,自然有磁饱和的问题。有的应用允许电感饱和,有的应用允许电感从一定电流值开始进入饱和, 也有的应用不允许电感出现饱和,这要求在具体线路中进行区分。大多数情况下,电感工作在“线性区”,此时电感值为一常数,不随着端电压与电流而变化。但是,开关电源存在一个不可忽视的问题,即电感的绕线将导致两个分布参数(或寄生参数),一个是不可避免的绕线电阻,另一个是与绕制工艺、材料有关的分布式杂散电容。杂散电容在低频时影响不大,但随频率的提高而渐显出来,当频率高到某个值以上时,电感也许变成电容特性了。如果将杂散电容“集中”为一个电容, 则从电感的等效电路可以看出在某一频率后所呈现的电容特性。

 

电感的主要特性参数

 

1、电感量L

 

电感量L表示线圈本身固有特性,与电流大小无关。除专门的电感线圈(色码电感)外,电感量一般不专门标注在线圈上,而以特定的名称标注。单位有亨利(H)、毫亨利 (mH)、微亨利(uH),1H=10^3mH=10^6uH。

 

2、感抗XL

 

电感线圈对交流电流阻碍作用的大小称感抗XL,单位是欧姆。它与电感量L和交流电频率f的关系为XL=2πfL

 

3、品质因素Q

 

品质因素Q是表示线圈质量的一个物理量,Q为感抗XL与其等效的电阻的比值,即:Q=XL/R。 线圈的Q值愈高,回路的损耗愈小。线圈的Q值与导线的直流电阻,骨架的介质损耗,屏蔽罩或铁芯引起的损耗,高频趋肤效应的影响等因素有关。线圈的Q值通常为几十到几百。采用磁芯线圈,多股粗线圈均可提高线圈的Q值。

 

4、分布电容

 

又称为固有电容或寄生电容,线圈的匝与匝间、线圈与屏蔽罩间、线圈与底版间存在的电容被称为分布电容。分布电容的存在使线圈的Q值减小,稳定性变差,因而线圈的分布电容越小越好。采用分段绕法可减少分布电容。

 

图中的Cu为分布电容

 

5、允许误差:电感量实际值与标称之差除以标称值所得的百分数。

 

6、额定电流:指线圈允许通过的最大电流,通常用字母A、B、C、D、E分别 表示,标称电流值为50mA 、150mA 、300mA 、700mA 、1600mA 。

 

功率电感器的额定电流有两种:

 

在DC-DC转换器中,电感器是仅次于IC的核心元件。通过选择恰当的电感器,能够获得较高的转换效率。在选择电感器时所使用的主要参数有电感值、额定电流、交流电阻、直流电阻等,在这些参数中还包括功率电感器特有的概念。例如,功率电感器的额定电流有两种,它们之间的差异是什么呢?

 

为了回答这样的疑问,我们在这里对功率电感器的额定电流进行说明。

 

存在两种额定电流的原因

 

功率电感器的额定电流有"基于自我温度上升的额定电流"和"基于电感值的变化率的额定电流"两种决定方法,分别具有重要的意义。"基于自我温度上升的额定电流"是以元件的发热量为指标的额定电流规定,超出该范围使用时可能会导致元件破损及组件故障。

 

与此同时,"基于电感值的变化率的额定电流"是以电感值的下降程度为指标的额定电流规定,超出该范围使用时可能会由于纹波电流的增加而导致IC控制不稳定。 此外,根据电感器的磁路构造的不同,磁饱和的倾向(即电感值的下降倾向)有所不同。图1是表示不同磁路构造所导致的电感值的变化的示意图。对于开磁路类型,随着直流电流的增加,到规定电流值为止呈现比较平坦的电感值,但以规定电流值为境界电感值急剧下降。相反,闭磁路类型随着直流电流的增加,透磁率的数值逐渐减少,因此电感值缓慢下降。

 

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